如何使用示波器进行射频信号测试

铟(InP)材料的优异特性，使得示波器的频响更加平坦、底噪声更低，同时其较低的功率损耗给产品带来更高的可靠性。

磷化铟材料除了提供优异的高带宽性能外，其反向击穿电压更高，采用磷化铟材料设计的示波器可用输入量程可达8V，相当于20dBm以上，大大提高了实用性和可靠性。

ADC 采样技术对示波器采样率的提升

要保证高的实时的带宽，根据 Nyqist 定律，放大器后面ADC采样的速率至少要达到带宽的2倍以上(工程实现上会保证2.5倍以上)。目前市面上根本没有这么高采样率的单芯片的ADC，因此高带宽的实时示波器通常会采用ADC的拼接技术。

典型的ADC拼接有两种方式，一种是片内拼接，另一种是片外拼接。片内拼接是把多个ADC的内核集成在一个芯片内部，典型的如下图所示的Keysight公司 S系列示波器里使用的40G/s采样率的10bit ADC芯片，在业内第一次实现8 GHz带宽范围内10bit的分辨率。片内拼接的优点是各路之间的一致性和时延控制可以做地非常好，但是对于集成度和工艺的挑战非常大。

所谓片外拼接，就是在PCB板上做多片ADC芯片的拼接。典型的采用片外拼接的例子是Keysight公司的Z系列示波器，其采用8片20G/s采样率的ADC拼接实现了 160G/s的采样率，保证了高达63GHz的硬件带宽。片外拼接要求各芯片间偏置和增益的一致性非常好，同时对PCB上信号和采样时钟的时延要精确控制。所以Z系列示波器的前端芯片里采用了先采样保持再进行信号分配和模数转换的技术，大大提高了对于PCB走线误差和抖动的裕量。
 

三、 宽带示波器在射频信号测试中的典型应用

正是由于芯片、材料和工艺技术带来的示波器带宽和采样率的快速提升，使得宽带实时示波器开始在射频信号的测试中发挥关键的作用。以下是一些典型应用。

射频信号时频域综合分析

实时示波器性能的提升使得其带宽可以直接覆盖到射频、微波甚至毫米波的频段，因此可以直接捕获信号载波的时域波形并进行分析。从中可以清晰看到信号的脉冲包络以及脉冲包络内部的载波信号的时域波形，这使得时域参数的测试更加简洁和直观。由于不需要对信号下变频后再进行采样，测试系统也更加简单，同时避免了由于下变频器性能不理想带来的额外信号失真。

更进一步地，还可以借助于示波器的时间门功能对一段射频信号的某个区域放大显示或者做FFT变换等。下图是在一段射频脉冲里分别选择了两个不同位置的时间窗口，并分别做FFT变换的结果，从中可以清晰看出不同时间窗范围内信号频谱的变化情况。

雷达脉冲参数测试

对于雷达等脉冲调制信号来说，对于脉冲信号其宽度、上升时间、占空比、重复频率等都是非常关键的时域参数。按照IEEE Std 181规范的要求，一些主要的脉冲参数的定义如下图所示。

当用宽带示波器已经把射频脉冲捕获下来以后，就可以借助于示波器里内置的数学函数编辑一个数学的检波器。如下图所示，黑色曲线是从原始信号里用数学检波器检出的包络信号。包络波形得到后，借助于示波器本身的参数测量功能，就可以进行一些基本的脉冲参数测试。

更进一步地，我们还可以借助于示波器的 FFT 功能得到信号的频谱分布，借助示波器的抖动(Jitter)分析软件得到脉冲内部信号频率或相位随时间的变化波形，并把这些结果显示在一起。下图显示的是一个Chirp雷达脉冲的时域波形、频率/相位变化波形以及频谱的结果，通过这些波形的综合显示和分析，可以直观地看到雷达信号的变化特性，并进行简单的参数测量。

在雷达等脉冲信号的测试中，是否能够捕获到足够多的连续脉冲以进行统计分析也是非常重要的。如果要连续捕获上千甚至上万个雷达脉冲，可能需要非常长时间的数据记录能力。比如某搜索雷达的脉冲的重复周期是5ms，如果要捕获 1000个连续的脉冲需要记录5s时间的数据。如果使用的示波器的采样率是80G/s，记录5s时间需要的内存深度=80G/s*50s=400G样点，这几乎是不可能实现的。

为了解决这个问题，现代的高带宽示波器里都支持分段存储模式。所谓分段存储模式(Segmented Memory Mode)，是指把示波器里连续的内存空间分成很多段，每次触发到来时只进行一段很短时间的采集，直到记录到足够的段数。很多雷达脉冲的宽度很窄，在做雷达的发射机性能测试时，如果感兴趣的只是有脉冲发射时很短一段时间内的信号，使用分段存储就可以更有效利用示波器的内存。

在下图中的例子里，被测脉冲的宽度是1us，重复周期是5ms。我们在示波器里使用分段存储模式，设置采样率为80G/s，每段分配200k点的内存，并设置做 10000段的连续记录。这样每段可以记录的时间长度=200k/80G=2.5 us，总共使用